基于fpga的脉搏与血氧饱和度监测系统研究

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1、学校代码：10255学号：2121044东华大学硕士学位论文基于FPGA的脉搏与血氧饱和度监测系统研究ResearchonPulseandOxygenSaturationMonitoringSystemBasedonFPGA学院：信息科学与技术学院专业：信息与通信工程姓名：周堂兴导师：范红（副教授）2015年1月14日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个

2、人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作

3、者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月基于FPGA的脉搏与血氧饱和度监测系统研究基于FPGA的脉搏与血氧饱和度监测系统研究摘要脉搏是人体重要的生命指标，氧气是维持人体正常生命活动的物质基础，血氧饱和度则是人体组织供氧情况的重要参数。随着生活水平的提高，人们愈来愈关注自身的健康。传统的健康监护以专业的医疗机构为中心，采用专业的诊疗设备，以实现不定期的健康监护。目前，主流的脉搏与血氧饱和度测量是以透射式的光学法为基础，但是这种方法受测量部位的限制。采用反射式光学测量法检测人体脉搏和血氧饱和度是今后研究的主要

4、方向，在临床上有着广泛的应用，如脑血氧、产程胎儿血氧监护等。此外，在智能家居领域也有着广阔的应用前景，人们在家即可享受实时、日常化、智能的健康监护。论文研究的基于FPGA的脉搏与血氧饱和度监测系统包括信号采集子系统、数据接口和信号处理子系统、短距离无线数据通信子系统以及用户界面(UI)子系统。信号采集子系统采用反射式血氧传感器模组采集血液的光感信号，其中，发射部件发出两种波长的光，经过人体组织的反射后被接收部件采集并转换为光电流信号。再经过模拟前端的放大、滤波和A/D转换等处理，输出数据。数据接口和信号处理子

5、系统以FPGA为处理平台，实现与模拟前端的SPI接口、与短距离无线数据通信子系统的I2C数据传输接口以及双通道时分基-2DIF算法，它是针对论文的应用背景下的基于FFT算法的改进算法。所述I基于FPGA的脉搏与血氧饱和度监测系统研究的SPI接口实现对模拟前端内部寄存器的配置，使得模拟前端工作在用户定义的环境下。另外，SPI接口实现模拟前端输出数据的传输。双通道时分基-2DIF算法对模拟前端输出的数据序列进行处理。短距离无线数据通信子系统以低功耗蓝牙片上系统nRF51822为平台，采用点对点的传输方式，在Kei

6、l开发环境下开发基于S110SoftDevice协议栈的低功耗蓝牙应用。用户界面(UI)子系统以支持蓝牙4.0技术的智能手机等为用户终端，以Android为系统软件平台，设计基于Android的应用程序，接收低功耗蓝牙片上系统发出的数据，并通过终端应用程序界面实时显示用户的脉搏与血氧饱和度信息。此外，应用程序还具有异常告警等功能，简单实用。通过对各子系统的功能进行模块化的测试和验证，结果表明各子系统的各功能模块均达到了设计的目标。最后，联合各子系统测试和验证系统的整体功能，通过在智能手机等用户终端上观察监测到

7、的人体脉搏与血氧饱和度参数值，并对异常告警功能进行了测试，测试的结果与正常人的参考值对比，结果表明，系统实现了基本的功能，达到了预期的设计目标。关键词：脉搏，血氧饱和度，FPGA，双通道时分基-2DIF算法，低功耗蓝牙II基于FPGA的脉搏与血氧饱和度监测系统研究RESEARCHONPULSEANDOXYGENSATURATIONMONITORINGSYSTEMBASEDONFPGAABSTRACTPulseisanimportantindexforhuman’slife.Oxygenisthefundame

8、ntalmaterialthatmaintainspeople’snormalvitalactivities.Theoxygensaturationisanimportantparameterthatshowsthesituationofoxygensupplyforhuman’stissue.Withtheimprovementoflife,peoplebegintopaymoreattentio